WO2020212221A1 - Halbleiterlaser und materialbearbeitungsverfharen mit einem halbleiterlaser - Google Patents

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WO2020212221A1
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laser
semiconductor laser
optics
bars
carrier
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Muhammad Ali
Harald Koenig
Bernhard Stojetz
Alfred Lell
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405—Two-dimensional arrays

Definitions

  • a semiconductor laser is specified.
  • a material processing method using a semiconductor laser is specified.
  • One problem to be solved is to specify a semiconductor laser with which highly reflective materials such as copper can be efficiently processed in the infrared.
  • the semiconductor laser is set up to emit laser radiation.
  • Laser radiation is coherent radiation.
  • the laser radiation is preferably a pulsed radiation.
  • the semiconductor laser can also be set up for continuous wave operation, or cw for short.
  • emitted laser radiation is preferably at least 390 nm or 400 nm and / or at most 475 nm or 460 nm.
  • the wavelength of maximum intensity is in a different spectral range, in particular in the near infrared spectral range, for example at least 900 nm and / or at most 1200 nm.
  • the carrier can be the one that mechanically supports the semiconductor laser
  • Carrier has a high thermal conductivity.
  • the carrier comprises a metal or has a metal as an essential component, in particular copper or a copper alloy.
  • Semiconductor laser one or more laser bars.
  • At least one laser bar comprises at least two or at least three or at least four individual lasers. Alternatively or additionally, the number of individual lasers is per
  • the individual lasers are preferably operated electrically in parallel and can be connected electrically in parallel.
  • the individual lasers in the laser bar are electrically connected in series.
  • the individual lasers are preferably only taken together
  • the individual lasers or groups of individual lasers can also be controlled electrically independently of one another.
  • the individual lasers are parallel or within the respective laser bar
  • the individual lasers have the same or approximately the same emission direction.
  • Resonators of the individual lasers are aligned parallel to one another and / or lie in a common plane. Approximately, based on an angle, means here and in the following in particular a tolerance of at most 5 ° or 1 °.
  • a semiconductor layer sequence and / or a growth substrate of the semiconductor layer sequence for the laser bar preferably extend continuously and uninterrupted over the entire laser bar, so that all the individual lasers are made from the same semiconductor layer sequence.
  • the individual lasers each include one, for example
  • Semiconductor laser one or more deflection optics.
  • At least one deflecting optic is the individual lasers of the
  • Subordinate laser bars together.
  • the deflecting optics are therefore jointly arranged downstream of all individual lasers. If there are several laser bars, there can be a dedicated deflecting optics for each laser bar or for groups of laser bars, which are arranged downstream of all the individual lasers concerned. Furthermore, it is possible for a single deflecting optics to be arranged jointly downstream of all the individual lasers of all the laser bars.
  • the at least one laser bar and the at least one deflection optics are mounted on the carrier.
  • the at least one laser bar and / or the at least one Umlenktopik can be attached directly to the carrier or they are intermediate components such as
  • Intermediate carrier also known as submount
  • the carrier preferably serves as a common, Interrelated mounting platform for all laser bars and for all deflection optics.
  • the laser bar and the associated deflection optics are close to one another on the laser bar and the associated deflection optics.
  • a distance between the laser bars and the assigned deflecting optics is preferably at most 6 mm or 2 mm or 1 mm or 0.7 mm. Alternatively or
  • this distance is at least 0.1 mm or 0.3 mm or 0.5 mm.
  • Semiconductor laser a carrier and one or more
  • the at least one laser bar comprises at least three individual lasers which are arranged parallel to one another.
  • At least one deflection optic is the single laser of the
  • the at least one laser bar and the associated deflection optics are on the
  • Mounted carriers and have a distance of no more than 4 mm.
  • Semiconductor laser light sources are increasingly penetrating areas of application that were previously used by others
  • Laser systems especially in the blue spectral range, on the assembly of individual emitters in a common housing.
  • a high-power light source based on single-emitter assembly is complex to manufacture and prone to errors.
  • the individual laser bars can be coupled into a fiber via deflecting prisms, for example. Several laser bars are preferred
  • Optional can be in front of each laser bar or in front of some
  • a collimation lens can be attached, in particular a so-called Fast Axis collimation lens, or FAC for short.
  • the Fast Axis is the direction in which a rapid expansion of the beam and high divergence present.
  • the so-called fast axis is oriented in particular parallel to a growth direction of the semiconductor layer sequence of the associated laser bar.
  • Laser radiation of the semiconductor laser is coupled, optics such as a lens can be attached. Furthermore, optical shapes such as parabolic mirrors can optionally be integrated into the
  • Deflecting prism be integrated. It is also possible for an optical fiber to contain converter particles with a fluorescent substance in its fiber core and / or in its cladding, as a result of which the fiber itself can glow. Furthermore, it is optionally possible for converter particles to be built in along the fiber in a concentration gradient or with a constant concentration, especially in order to compensate for a decrease in laser excitation energy.
  • Wavelength converters for large areas
  • Projection applications of importance for example for projectors, for the back lighting of displays or for light sources such as stadium lighting or in
  • the semiconductor laser described here is based on laser bars instead of individual emitters, the assembly effort is considerably reduced.
  • the adjustment effort is also reduced compared to the required individual assembly of lenses for light sources based on individual laser diodes.
  • the at least one laser bar comprises a semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence is preferably based on
  • all of the laser bars can be based on the same material system and be set up to emit laser radiation of the same wavelength of maximum intensity.
  • a fill factor of the laser bar is at least 5% or 8% and / or at most 50% or 35% or 20% or 15% or 12%, in particular between 5% and 50%, or between 5% and, inclusive 20% or between
  • the fill factor is a quotient of a laser-active area and a total area of the semiconductor layer sequence. That is, an active one
  • the proportion of area in the semiconductor layer sequence is then comparatively small.
  • Laser bars on two preferably opposite sides of the deflecting optics can also be located on more than two sides of the deflecting optics.
  • laser bars are located on exactly two or exactly four sides of the deflecting optics, in the case of a three-sided pyramid as deflecting optics, in particular on exactly three sides.
  • the laser bars are arranged symmetrically to the associated deflecting optics.
  • a central axis of the deflecting optics forms an axis of symmetry between the laser bars.
  • the carrier comprises one or more stages.
  • the steps can be used to form one or more staircases, which are arranged, for example, symmetrically to the associated deflection optics.
  • the laser bars are located in two or more planes, preferably parallel or approximately parallel to a bottom surface of the
  • Laser bars can be attached to just one or two especially opposite sides of the
  • the laser bars are arranged in at least one staircase. That is to say, as the distance from the base surface increases, a distance between the deflecting optics and the associated laser bar can increase.
  • a distance between the laser bars of the planes becomes smaller along the emission direction. That is, to the extent that the deflecting optics become narrower, a distance between the laser bars of a plane can decrease. This allows a distance between the
  • Laser bars of the different levels and the deflecting optics are kept approximately constant.
  • Semiconductor laser a plurality of deflection optics, which are arranged together with assigned laser bars along one or along a plurality of, in particular, straight lines on the base area of the carrier. At least one of these lines comprises the following sequence once or several times: laser bars - deflection optics - laser bars - laser bars - deflection optics - Laser bars. That is to say, there can be three packs of laser bars - deflecting optics - laser bars, which are arranged one after the other along the relevant line.
  • one or more lenses are optically arranged downstream of the deflecting optics or are optically or directly downstream from the deflecting optics. This is especially true when the
  • Laser bars are present in a two-dimensional, for example matrix-shaped, arrangement on the carrier.
  • the at least one deflecting optic has a triangular shape when viewed in cross section
  • the deflecting optics is shaped as a trapezoid, in particular as a symmetrical trapezoid, when viewed in cross section.
  • the cross section is preferably aligned parallel to a main emission direction of the semiconductor laser.
  • the deflecting optics can thus be a prism, a
  • a width of the deflecting optics can decrease in the direction away from the carrier.
  • the at least one collimation lens is designed to reduce, in particular to eliminate, a divergence along a direction which has a maximum divergence. This means that the laser radiation can travel along the Fast Axis direction after passing through the
  • Collimation lens have no or only a negligible divergence.
  • the at least one collimation lens is preferably optical to the assigned laser bar
  • Collimation lens attached optically and / or geometrically between the associated laser bar and the associated deflection optics. This means that the laser radiation passes through the collimation lens before it hits the deflecting optics.
  • the at least one collimation lens is attached directly to the associated laser bar. That is, the collimating lens can
  • a distance between the collimation lens and the laser bar is preferably at most 5 gm or 2 gm.
  • collimation lens Preferably there is exactly one collimation lens per laser bar.
  • the collimation lens can be similar to a
  • Half cylinder lens be designed. It is possible that the collimation lens has an area directly on one
  • the laser facet from which the laser radiation is emitted leaves free.
  • the collimation lens can thus simultaneously form an encapsulation for the relevant area of the facet.
  • the deflecting optics optically follow the at least one assigned semiconductor laser directly. This means that there is no further optically effective component between the deflecting optics and the relevant laser bar, in particular no collimation lens such as a fast axis collimation lens.
  • the deflection optics or is one of the deflection optics or all deflection optics are set up for beam collimation, in particular in the fast axis direction. This means that the deflecting optics can have a beam-bundling effect for the relevant laser radiation. This means that parallel or approximately parallel bundles of rays can emanate from the deflecting optics.
  • the carrier is designed as a housing or is integrated in a housing.
  • the carrier can be a base plate
  • a mounting platform for example a mounting platform in a housing such as a TO housing.
  • Semiconductor laser one or more light guides.
  • the at least one light guide is attached to the carrier and / or to the housing.
  • the laser radiation generated during operation is partially or predominantly or completely coupled into the assigned light guide.
  • the light guide is a combination of a high-index core material and a low-index cladding material, so that the
  • Light guide has a totally reflective core area.
  • the at least one phosphor is preferably an inorganic phosphor, for example a garnet phosphor such as YAG: Ce.
  • the phosphor is preferred in the form of phosphor particles, for example with a mean diameter of at least 0.1 gm or 0.5 gm and / or of at most 50 ⁇ m or 20 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • Phosphor is for a wavelength conversion of part or all of the laser radiation generated during operation
  • the wavelength conversion takes place in a longer-wave spectral range.
  • the phosphor is preferably thermally connected to a heat sink so that the phosphor can be efficiently cooled.
  • the at least one laser bar is contacted in a bond wire-free manner.
  • the laser bar is attached to the carrier and / or to a submount using surface mounting technology, or SMT for short.
  • SMT surface mounting technology
  • the carrier comprises one or more electrical leads.
  • the at least one electrical supply line is preferably passed through the carrier.
  • the electrical supply line can at the same time ensure a thermal connection between the laser bar and a cooling unit.
  • the carrier and / or the housing comprises one or more cooling channels.
  • the at least one cooling channel is preferably designed for a cooling liquid to flow through it.
  • a heat transport capacity that is achieved by means of the cooling channels and the cooling liquid is included at least 0.1 kW or 0.5 kW or 1 kW. That is, it can be high thermal by means of such cooling channels
  • Semiconductor lasers have an average optical output power of at least 0.2 kW or 0.4 kW or 0.8 kW. Alternatively or additionally, the average optical output power is at most 20 kW or 10 kW or 5 kW. The semiconductor laser thus emits high optical output powers that are required for welding and / or cutting copper, for example. Alternatively or in addition, the laser radiation emitted by the semiconductor laser can be collimated, for example on a light spot with a mean diameter of
  • a semiconductor laser is used in the material processing method, as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Characteristics of the semiconductor laser are therefore also for the
  • Semiconductor laser cut and / or welded copper or a copper alloy This is preferably done by means of blue laser radiation, for example with an average optical power of at least 0.2 kW or 0.4 kW or 0.8 kW.
  • the beam bundles that are emitted by the individual lasers of the laser bar or the laser bar are preferably combined with one another within the semiconductor laser by means of the deflecting optics and for example by means of a light guide to the material to be processed guided and / or focused on the material to be processed with the help of optics.
  • Figures 1 to 3 are schematic sectional views of
  • Figure 4 is a schematic plan view of a
  • FIGS. 5 to 7 are schematic sectional views of
  • Figures 8 to 10 are schematic plan views
  • FIGS. 11 to 17 are schematic sectional views of FIG.
  • FIG. 18 shows a schematic perspective illustration of an exemplary embodiment of one described here
  • Figure 19 is a schematic representation of the
  • FIG. 20 shows a schematic plan view of a laser bar for the semiconductor laser described here.
  • the semiconductor laser 1 comprises a carrier 4, for example a metal plate, in particular made of copper or a copper alloy.
  • the carrier 4 forms a base surface 40.
  • a laser bar 2 On the base surface 40 are a laser bar 2 and a
  • the deflecting optics 3 is
  • Reflective surface 30 facing the laser bar 2.
  • the reflective surface 30 is provided with a reflective
  • Coating such as a Bragg mirror, provided and / or has a totally reflective effect for an emitted during operation
  • the deflecting optics 3 is, for example, a prism and shaped like a triangle in cross section.
  • the laser radiation L is from the laser bar 2 to
  • Deflecting optics 3 emitted, an optical axis of the
  • Laser bar 2 is oriented approximately parallel to the base surface 40.
  • the laser radiation L is redirected by the deflecting optics 3 in a main emission direction M.
  • the main emission direction M is oriented approximately perpendicular to the base surface 40.
  • the laser bar 2 comprises several individual lasers, not illustrated in FIG. 1.
  • the individual lasers are preferably next to one another in the direction perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1.
  • the laser bar includes 2
  • the laser bar 2 is based on the
  • the laser bar 2 can be set up to emit blue laser radiation L.
  • the laser bar 2 is optionally located on one
  • Intermediate carrier 8 also referred to as a submount. It is possible that the laser bar 2 the intermediate carrier 8 in
  • the intermediate carrier 8 is for example only as
  • Heat sink or designed as a heat-dissipating component towards the carrier 4.
  • the carrier 4 it is possible that the
  • Intermediate carrier 8 is further electrically functionalized and, for example, conductor tracks or more
  • Control components for the semiconductor laser 1 such as
  • the intermediate carrier 8 makes it possible in particular for the laser bar 2 to have a sufficient distance from the base surface 40.
  • the laser radiation L is emitted from the laser bar 2 with a relatively large divergence.
  • An angle of divergence within which 90% or 95% of the laser radiation L is emitted, is, for example, at least 45 ° or 70 ° and / or at most 100 ° or 80 °. This is a thickness of the
  • the intermediate carrier 8 is approximately as large as a distance between the laser bar 2 and the deflecting optics 3. This distance is, for example, approximately 0.5 mm or approximately 1 mm.
  • An electrical connection of the laser bar 2 takes place, for example, via bonding wires 46 and via electrical ones
  • Supply lines 45 shown in the figures only in a greatly simplified manner. For example, at least one contacts
  • Bond wire 46 the intermediate carrier 8 and at least one further bond wire 46 a side facing away from the carrier 4
  • a plurality of bonding wires 46 are preferably present in each case. Electrical contact schemes that differ from this are also possible.
  • the laser bars 2 are attached on both sides of the deflecting optics 3, again optionally on an intermediate carrier 8.
  • the deflecting optics 3 thus comprises two reflection surfaces 30.
  • the laser bars 2 are preferably symmetrical to one
  • the deflecting optics 3 is shaped as an isosceles triangle when viewed in cross section.
  • each of the deflecting optics is 3 or all
  • each deflecting optics 3 is followed by a cylindrical lens 51.
  • the cylindrical lenses 51 can be used for a fast axis collimation. Such lenses 51 can also be present in all other exemplary embodiments. Such cylindrical lenses 51 can with further
  • optical components not drawn, can be combined.
  • each pair of laser bars 2 can also have their own
  • Deflection optics 3 are present. Cylindrical lenses, not shown in FIG. 4, can be present in FIG. 4 in the same way as in FIG. 3.
  • the intermediate carrier 8 is on one of these
  • Through-contacts 44 attached and serves to energize the laser bar 2.
  • the intermediate carrier 8 is a solid metal block.
  • Another via 44 is connected to the laser bar 2 via at least one bonding wire 46.
  • electrical interconnection can be more than two
  • Vias 44 can be attached in the carrier 4.
  • the vias 44 are preferably made of an electrically conductive and thermally conductive material such as copper.
  • Vias 44 and a remaining material of the, for example, metallic carrier 4 are not shown.
  • a fast axis collimation lens 50 is preferably located directly on the laser bar 2.
  • the collimation lens 50 preferably extends with a constant shape along the entire laser bar 2, that is, in the direction perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • the collimation lens 50 can alternatively or additionally also be in contact with the deflecting optics 3 or be attached directly to the deflecting optics 3. Furthermore, the collimation lens 50 can alternatively or additionally also be in contact with the deflecting optics 3 or be attached directly to the deflecting optics 3. Furthermore, the
  • Collimation lens 50 can be arranged at a distance from both the laser bar 2 and the deflecting optics 3.
  • the deflection optics 3 is seen in cross section as
  • the exemplary embodiment in FIG. 7 shows that the laser bars 2 are attached to electrical contact surfaces 7. Contact is preferably made here bond wire free.
  • the laser bars 2 are therefore SMT components.
  • the laser bars 2 can be designed as SMT components.
  • the carrier 4 can have a cooling device.
  • the cooling device is formed, for example, by cooling channels 42 through which a cooling liquid 43 flows during operation. This allows for thermal waste heat in the kilowatt range
  • Semiconductor laser 1 can be designed as a TO-220 housing, within which the laser bar 2 and the deflecting optics 3 are attached.
  • the electrical leads 45 are
  • the laser bar 2 and the optional intermediate carrier 8 are electrically connected, for example, via the bonding wires 46.
  • collimation lens 50 present. Otherwise, the exemplary embodiment in FIG. 9 corresponds to the exemplary embodiment in FIG. 8. As an alternative to directly on the laser bar 2
  • Collimating lenses 50 also spaced from the associated one
  • Semiconductor laser bars 2 may be attached, as illustrated in FIG. This is the same in everyone else
  • the deflecting optics 3 is designed as a pyramid. This means that four different laser bars 2 can be attached to the four sides of the deflecting optics 3.
  • a length of the laser bars 2 is preferably smaller than a base length of the deflecting optics 3.
  • Semiconductor laser 1 for example, for illuminating a phosphor, not shown, are used.
  • Fast Axis collimating lenses can be provided as an option.
  • the intermediate supports 8 are attached to the base surface 40 in a staircase shape in several steps 41. Towards away from that
  • FIG. 12 corresponds to that in FIG. 11, but the collimation lenses 50 are also present.
  • a distance between the laser bars 2 and the deflecting optics 3 increases along the main emission direction M. This is compensated for in FIG. 13 by the fact that the steps follow the same course or a similar course to the reflective surfaces 30 of the deflecting optics 3 exhibit. An approximately constant distance between the laser bars 2 and the reflection surfaces 30 can thus be achieved across all stages.
  • the carrier 4 optionally has a window 48 to which the deflecting optics 3 can be attached and / or through which the laser radiation L can leave the semiconductor laser 1.
  • a corresponding step arrangement can also be present in the other exemplary embodiments with stairs in the same way.
  • Collimation lenses 50 form a housing in which the deflecting optics 3 are also located.
  • the window 48 is optionally designed as an optic 52, for example as a converging lens. As in all other exemplary embodiments, the
  • Deflection optics 3 and the laser bar 2 are preferably housed hermetically.
  • a light guide 6 on the window 48 in which the partial radiation of the laser radiation L from the individual laser bars 2 can be combined and mixed with one another and transported to a desired location without significant free-beam paths
  • FIG. 15 it is illustrated that the deflecting optics 3, preferably as an alternative to those in FIG.
  • collimation lenses 50 optically effective facets.
  • individual areas for the individual laser bars 2 are used as concave mirrors for collimation and targeted steering of the laser radiation L into certain
  • Curvatures of the individual facet areas can be attached to the
  • the distance between the assigned laser bar 2 must be adapted so that a fast axis expansion for the laser bars 2 of different planes can be evenly compensated for.
  • An efficient coupling into the light guide 6 can be implemented via such facets of the deflecting optics 3.
  • FIG. 16 illustrates that a phosphor 7 can be attached to one end of the light guide 6.
  • a heat sink 9 is preferably attached around the phosphor 7, in particular made of a material that is a good thermal conductor such as
  • An optically effective coating is preferably present on the phosphor 7 on a side optically facing the deflection optics 3.
  • Coating is preferably highly reflective and / or has a high level of reflection for the converted radiation
  • the phosphor 7 is on an inner wall of the light guide 6
  • a heat sink is preferably located on the outside around the layer with the phosphor 7.
  • the phosphor 7 can also be in the light guide 6 be embedded, for example with a
  • incoherent white light or colored light can be generated from blue laser radiation L, for example.
  • a material processing method is shown schematically in FIG.
  • the semiconductor laser 1 emits the laser radiation L, preferably blue light.
  • a workpiece 10 is divided along a cutting line C. Because of the high
  • Cutting a welding can be done.
  • FIG. 19 a curve of an absorption A in percent versus a wavelength W in nm is illustrated. It can be seen that the absorption in the blue spectral range around 450 nm for copper and gold is considerably greater than in the near-infrared spectral range for a typical one
  • FIG. 20 an exemplary embodiment of a laser bar 2 is shown schematically, which has several of the individual lasers 22. Only four of the individual lasers 22 are shown by way of example; the laser bar 2 preferably comprises considerably more than four individual lasers 22, for example at least ten
  • the individual lasers 22 are, for example, as ridge waveguides, also referred to as ridges, from one
  • the fill factor of a laser-generating area is in
  • the semiconductor layer sequence 20 is based on InGaN. An emission of the laser radiation L takes place parallel to the

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser (1) einen Träger (4) sowie einen oder mehrere Laserbarren (2). Der zumindest eine Laserbarren (2) umfasst zumindest drei Einzellaser (22), die parallel zueinander angeordnet sind. Eine Umlenkoptik (3) ist den Einzellasern (22) gemeinsam nachgeordnet. Der mindestens eine Laserbarren (2) und die zugehörige Umlenkoptik (3) sind auf dem Träger (4) montiert und weisen einen Abstand zueinander von höchstens 4 mm auf.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASER UND MATERIALBEARBEITUNGSVERFHAREN MIT EINEM
HALBLEITERLASER
Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Materialbearbeitungsverfahren mit einem Halbleiterlaser angegeben .
Die Druckschriften US 2008/0212191 Al und US 2012/0039072 Al betreffen Anordnungen von Halbleiterlasern.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, mit dem im infraroten hochreflektive Materialien wie Kupfer effizient bearbeitbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser zur Emission einer Laserstrahlung eingerichtet. Bei der
Laserstrahlung handelt es sich um kohärente Strahlung. Die Laserstrahlung ist bevorzugt eine gepulste Strahlung. Genauso kann der Halbleiterlaser auch für einen Dauerstrichbetrieb, kurz cw, eingerichtet sein.
Eine Wellenlänge maximaler Intensität der im Betrieb
emittierten Laserstrahlung liegt bevorzugt bei mindestens 390 nm oder 400 nm und/oder bei höchstens 475 nm oder 460 nm. Alternativ ist es möglich, dass die Wellenlänge maximaler Intensität in einem anderen Spektralbereich liegt, insbesondere im nahinfraroten Spektralbereich, beispielsweise bei mindestens 900 nm und/oder bei höchstens 1200 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen Träger. Bei dem Träger kann es sich um die den Halbleiterlaser mechanisch tragende und
stabilisierende Komponente handeln. Bevorzugt weist der
Träger eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Beispielsweise umfasst der Träger ein Metall oder weist als wesentliche Komponente ein Metall auf, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen oder mehrere Laserbarren. Der
mindestens eine Laserbarren umfasst mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier Einzellaser. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl an Einzellasern pro
Laserbarren bei höchstens 200 oder 100 oder 30 oder 15. Die Einzellaser werden bevorzugt elektrisch parallel betrieben und können elektrisch parallel geschaltet sein. Alternativ sind die Einzellaser in dem Laserbarren elektrisch seriell verschaltet .
Bevorzugt sind die Einzellaser nur zusammengenommen
betreibbar. Alternativ können die Einzellaser oder Gruppen von Einzellasern auch elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Einzellaser innerhalb des jeweiligen Laserbarrens parallel oder
näherungsweise parallel zueinander orientiert. Das heißt, die Einzellaser weisen die gleiche oder näherungsweise die gleiche Emissionsrichtung auf. Beispielsweise sind Resonatoren der Einzellaser parallel zueinander ausgerichtet und/oder liegen in einer gemeinsamen Ebene. Näherungsweise, bezogen auf einen Winkel, bedeutet hier und im Folgenden insbesondere einer Toleranz von höchstens 5° oder 1°.
Eine Halbleiterschichtenfolge und/oder ein Wachstumssubstrat der Halbleiterschichtenfolge für den Laserbarren erstrecken sich bevorzugt zusammenhängend und ununterbrochen über den gesamten Laserbarren hinweg, sodass alle Einzellaser aus der gleichen Halbleiterschichtenfolge heraus gefertigt sind. Die Einzellaser umfassen beispielsweise jeweils einen
Stegwellenleiter, englisch ridge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine oder mehrere Umlenkoptiken. Die
zumindest eine Umlenkoptik ist den Einzellasern des
Laserbarrens gemeinsam nachgeordnet. Im Falle eines einzigen Laserbarrens ist damit die Umlenkoptik allen Einzellasern gemeinsam nachgeordnet. Sind mehrere Laserbarren vorhanden, kann für jeden Laserbarren oder für Gruppen von Laserbarren eine eigene Umlenkoptik vorliegen, die allen betreffenden Einzellasern gemeinsam nachgeordnet ist. Weiterhin ist es möglich, dass eine einzige Umlenkoptik allen Einzellasern aller Laserbarren gemeinsam nachgeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der mindestens eine Laserbarren und die zumindest eine Umlenkoptik auf dem Träger montiert. Der mindestens eine Laserbarren und/oder die mindestens eine Umlenktopik können unmittelbar an dem Träger angebracht sein oder es sind Zwischenkomponenten wie
Zwischenträger, auch als Submount bezeichnet, vorhanden. Das heißt, der Träger dient bevorzugt als gemeinsame, Zusammenhänge Montageplattform für alle Laserbarren und für alle Umlenkoptiken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Laserbarren und die zugehörige Umlenkoptik nahe beieinander auf dem
Träger angebracht. Ein Abstand zwischen den Laserbarren und der zugeordneten Umlenkoptik liegt bevorzugt bei höchstens 6 mm oder 2 mm oder 1 mm oder 0,7 mm. Alternativ oder
zusätzlich liegt dieser Abstand bei mindestens 0,1 mm oder 0,3 mm oder 0,5 mm.
Durch die Zusammenfassung von mehreren Einzellasern in einem Laserbarren und durch das Anbringen des zumindest einen
Laserbarrens nahe an der zugeordneten Umlenkoptik ist ein Strahlbündel, zusammengesetzt aus einzelnen Laserstrahlen der Einzellaser, erzielbar, das einen relativ kleinen Durchmesser aufweist. Damit ist eine nachgeschaltete Führung und
Fokussierung der insgesamt vom Halbleiterlaser emittierten Laserstrahlung vereinfacht.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen Träger sowie einen oder mehrere
Laserbarren. Der zumindest eine Laserbarren umfasst zumindest drei Einzellaser, die parallel zueinander angeordnet sind. Zumindest eine Umlenkoptik ist den Einzellasern des
Laserbarrens gemeinsam nachgeordnet. Der mindestens eine Laserbarren und die zugehörige Umlenkoptik sind auf dem
Träger montiert und weisen einen Abstand zueinander von höchstens 4 mm auf.
In zunehmendem Maße dringen Halbleiterlaser-Lichtquellen in Applikationsbereiche vor, die bislang durch andere
Lichtquellen oder andere Lasersysteme abgedeckt wurden. Insbesondere die Effizienzsteigerung bei Halbleiterlasern, die auf dem Materialsystem InGaN basieren und die im
sichtbaren Spektralbereich emittieren, bietet neue
Anwendungspotentiale, beispielsweise bei
Projektionsanwendungen, bei Beleuchtungsanwendungen und/oder in der Materialbearbeitung.
Ein wichtiger Aspekt für das hohe Potential sichtbarer
Laserdioden in der Materialbearbeitung liegt in der
signifikant höheren Absorption von Materialien wie Kupfer oder Gold im blauen Spektralbereich, gegenüber der
standardmäßig zur Materialbearbeitung verwendeten
nahinfraroten Strahlung. Dies hat insbesondere zur Folge, dass beispielsweise das für die Elektromobilität bedeutsame Material Kupfer mit blauen Hochleistungsstrahlungsquellen spritzerfrei zu schweißen und/oder zu schneiden ist. Dies lässt sich mit herkömmlichen infrarotbasierten Lichtquellen nicht oder nur mit hohem Aufwand realisieren. Daher können hier beschriebene Halbleiterlaser einen Schlüsselprozess für leckstromfreie und/oder leckstromarme Elektroantriebe
ermöglichen .
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ist es möglich, insbesondere im blauen Spektralbereich emittierende
Lichtquellen mit hohen optischen Ausgangsleistungen im
Bereich von einigen 10 W, bevorzugt 100 W bis mehreren kW bereitzustellen.
Zwar sind derzeit kommerziell verfügbare Hochleistungslaser im nahinfraroten Spektralbereich verfügbar, die sogenannte Wall Plug-Effizienzen von ungefähr 70 % erreichen können. Die Wall Plug-Effizienz gibt den Quotienten aus zugeführter elektrischer Leistung und emittierter optischer Leistung an. Jedoch führt die geringe Materialabsorption
hochreflektierender Metalle wie Kupfer oder Gold dazu, dass die erforderliche Laserleistung im nahinfraroten
Spektralbereich sehr hoch ist und die bearbeitbare
Materialdicke und etwa die Schweißgeschwindigkeit oder die Schneidgeschwindigkeit somit begrenzt sind. Außerdem sind eine Uniformität und eine Spritzerfreiheit bei der Verwendung nahinfraroter Strahlung zur Bearbeitung von Kupfer und/oder Gold stark eingeschränkt.
Demgegenüber basieren derzeit kommerziell verfügbare
Lasersysteme insbesondere im blauen Spektralbereich auf der Montage von Einzelemittern in einem gemeinsamen Gehäuse.
Dadurch wird einerseits die optische Leistung und
insbesondere die Leistungsdichte drastisch begrenzt,
andererseits ist eine auf Einzelemitter-Montage basierte Hochleistungs-Lichtquelle aufwändig in der Herstellung und fehleranfällig.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser werden sehr hohe optische Ausgangsleistungen ermöglicht, in dem insbesondere InGaN-basierte Laserbarren mit Hilfe optischer Elemente aneinandergekoppelt werden. Die einzelnen Laserbarren können beispielsweise über Umlenkprismen in eine Faser gekoppelt werden. Bevorzugt werden dabei mehrere Laserbarren
treppenförmig übereinander angeordnet und über dasselbe
Umlenkprisma abgebildet.
Optional kann vor jedem Laserbarren oder vor einigen
Laserbarren eine Kollimationslinse angebracht werden, insbesondere eine sogenannte Fast Axis-Kollimationslinse, kurz FAC . Als Fast Axis wird diejenige Richtung bezeichnet, in der eine rasche Strahlaufweitung und hohe Divergenz vorliegt. Die sogenannte Fast Axis ist insbesondere parallel zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des zugehörigen Laserbarrens orientiert.
Optional kann vor einer Einkoppelfaser, in die die
Laserstrahlung des Halbleiterlasers eingekoppelt wird, eine Optik wie eine Linse angebracht sein. Weiterhin können optional optische Formen wie Parabolspiegel in das
Umlenkprisma integriert sein. Außerdem ist es möglich, dass eine Lichtleitfaser in ihrem Faserkern und/oder in ihrem Mantel Konverterpartikel mit einem Leuchtstoff enthält, wodurch die Faser selbst leuchten kann. Weiterhin ist es optional möglich, dass Konverterpartikel entlang der Faser in einem Konzentrationsgradienten oder mit gleichbleibender Konzentration eingebaut sind, speziell um eine nachlassende Laseranregungsenergie auszugleichen .
Außerdem ist es möglich, dass der hier beschriebene
Halbleiterlaser im nahinfraroten Spektralbereich emittiert und insbesondere gepulst betrieben wird. Damit lassen sich beispielsweise Lidar-Applikationen und Abstandsmessungen adressieren .
Somit lässt sich mit dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ein Leuchtfleck mit einer sehr hohen Leuchtdichte
realisieren, einhergehend mit neuen Möglichkeiten in der Materialbearbeitung bei im Infraroten hochreflektierenden Metallen wie Kupfer oder Kupferverbindungen. Dadurch kann eine Geschwindigkeit der Materialbearbeitung, insbesondere bei einem Schneiden und/oder Schweißen, signifikant erhöht werden. Außerdem ist eine spritzerfreie Materialbearbeitung möglich, was eine Grundlage für stromfreie oder leckstromarme Elektroantriebe darstellt. Zudem sind derartige Lichtquellen, optional in Kombination mit einer Faserankopplung und/oder mit
Wellenlängenkonvertern, für großflächige
Projektionsanwendungen von Bedeutung, beispielsweise für Beamer, für die Rückseitenbeleuchtung von Displays oder für Lichtquellen wie eine Stadionbeleuchtung oder in
Straßenlaternen .
Da der hier beschriebene Halbleiterlaser auf Laserbarren basiert, anstatt auf Einzelemittern, resultiert ein erheblich verringerter Montageaufwand. Bei der Verwendung einer FAC- Linse verringert sich zudem der Justageaufwand gegenüber der erforderlichen Einzelmontage von Linsen bei Lichtquellen, die auf einzelnen Laserdioden basieren.
Durch die hohe Absorption insbesondere von blauer
Laserstrahlung von Kupfer oder Kupferlegierungen lässt sich eine weitgehende Unabhängigkeit der Bearbeitung von
Oberflächenrauigkeiten oder Oberflächentexturen erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zumindest eine Laserbarren eine Halbleiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf dem
Materialsystem AlInGaN. Sind mehrere Laserbarren vorhanden, so können alle Laserbarren auf dem gleichen Materialsystem basieren und zur Emission von Laserstrahlung der gleichen Wellenlänge maximaler Intensität eingerichtet sein.
Alternativ können Laserbarren mit unterschiedlichen
Halbleiterschichtenfolgen, auch basierend auf
unterschiedlichen Materialsystemen, vorhanden sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Füllfaktor des Laserbarrens bei mindestens 5 % oder 8 % und/oder bei höchstens 50 % oder 35 % oder 20 % oder 15 % oder 12 %, insbesondere zwischen einschließlich 5 % und 50 % oder zwischen einschließlich 5 % und 20 % oder zwischen
einschließlich 8 % und 12 %. Der Füllfaktor ist ein Quotient aus einer laseraktiven Fläche und aus einer Gesamtfläche der Halbleiterschichtenfolge. Das heißt, ein aktiver
Flächenanteil an der Halbleiterschichtenfolge ist dann vergleichsweise gering.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die
Laserbarren an zwei bevorzugt einander gegenüberliegenden Seiten der Umlenkoptik. Die Laserbarren können sich auch an mehr als zwei Seiten der Umlenkoptik befinden. Insbesondere befinden sich Laserbarren an genau zwei oder an genau vier Seiten der Umlenkoptik, im Falle einer dreiseitigen Pyramide als Umlenkoptik insbesondere an genau drei Seiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Laserbarren symmetrisch zur zugehörigen Umlenkoptik angeordnet.
Insbesondere bildet im Querschnitt gesehen eine Mittelachse der Umlenkoptik eine Symmetrieachse zwischen den Laserbarren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine oder mehrere Stufen. Durch die Stufen können eine oder mehrere Treppen gebildet sein, die beispielsweise symmetrisch zur zugeordneten Umlenkoptik angeordnet sind. Die Laserbarren befinden sich in zwei oder in mehr Ebenen, bevorzugt parallel oder näherungsweise parallel zu einer Bodenfläche des
Trägers. Eine solche Treppe mit mehreren Ebenen mit
Laserbarren kann sich an nur einer oder auch an zwei insbesondere einander gegenüberliegenden Seiten der
zugeordneten Umlenkoptik befinden.
Verschmälert sich die Umlenkoptik in Richtung weg von der Basisfläche, so kann sich ein Zwischenraum zwischen den
Laserbarren der Ebenen in Richtung weg von der Basisfläche erhöhen, falls die Laserbarren in zumindest einer Treppe angeordnet sind. Das heißt, mit zunehmendem Abstand von der Basisfläche kann ein Abstand zwischen der Umlenkoptik und dem zugehörigen Laserbarren zunehmen.
Alternativ ist es möglich, dass ein Abstand zwischen den Laserbarren der Ebenen entlang der Abstrahlrichtung kleiner wird. Das heißt, in dem Maße, in dem die Umlenkoptik schmäler wird, kann sich ein Abstand zwischen den Laserbarren einer Ebene verringern. Damit kann ein Abstand zwischen den
Laserbarren der verschiedenen Ebenen und der Umlenkoptik näherungsweise konstant gehalten werden.
Die Ausführungen in den beiden vorhergehenden Absätzen gelten gleichermaßen, falls sich Laserbarren an verschiedenen Seiten der Umlenkoptik befinden, als auch für den Fall, dass eine Treppe nur an einer Seite der Umlenkoptik angebracht ist. Im letztgenannten Fall dient als Bezugsgröße für den Abstand dann insbesondere eine optische Achse der Umlenkoptik.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser mehrere Umlenkoptiken, die zusammen mit zugeordneten Laserbarren entlang einer oder entlang mehrerer insbesondere gerader Linien auf der Basisfläche des Trägers angeordnet sind. Zumindest eine dieser Linien umfasst einmal oder auch mehrfach die folgende Sequenz: Laserbarren - Umlenkoptik - Laserbarren - Laserbarren - Umlenkoptik - Laserbarren. Das heißt, es können Dreierpakete aus Laserbarren - Umlenkoptik - Laserbarren vorhanden sein, die aufeinanderfolgend entlang der betreffenden Linie angeordnet sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Umlenkoptik oder sind den Umlenkoptiken eine oder mehrere Linsen wie Zylinderlinsen optisch nachgeordnet, insbesondere optisch unmittelbar nachgeordnet. Dies gilt vor allem, wenn die
Laserbarren in einer zweidimensionalen, beispielsweise matrixförmigen Anordnung an dem Träger vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Umlenkoptik im Querschnitt gesehen eine dreieckige
Grundform auf. Alternativ ist die Umlenkoptik im Querschnitt gesehen als Trapez, insbesondere als symmetrisches Trapez, geformt. Der Querschnitt ist bevorzugt parallel zu einer Hauptemissionsrichtung des Halbleiterlasers ausgerichtet. Insgesamt kann die Umlenkoptik somit ein Prisma, eine
Pyramide oder einen Pyramidenstumpf darstellen. Eine Breite der Umlenkoptik kann in Richtung weg von dem Träger abnehmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine oder mehrere Fast Axis-
Kollimationslinsen . Die zumindest eine Kollimationslinse ist dazu eingerichtet, eine Divergenz entlang einer Richtung, die eine maximale Divergenz aufweist, zu reduzieren, insbesondere zu eliminieren. Das heißt, entlang der Fast Axis-Richtung kann die Laserstrahlung nach Durchlaufen der
Kollimationslinse keine oder lediglich eine vernachlässigbare Divergenz aufweisen. Die mindestens eine Kollimationslinse ist dem zugeordneten Laserbarren bevorzugt optisch
unmittelbar nachgeordnet. Das heißt, zwischen dem Laserbarren und der zugeordneten Kollimationslinse befindet sich dann kein weiteres optisches Element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Kollimationslinse optisch und/oder geometrisch zwischen dem zugehörigen Laserbarren und der zugeordneten Umlenkoptik angebracht. Das heißt, die Laserstrahlung durchläuft vor Auftreffen auf die Umlenkoptik die Kollimationslinse .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine Kollimationslinse unmittelbar an dem zugehörigen Laserbarren angebracht. Das heißt, die Kollimationslinse kann den
betreffenden Laserbarren berühren. Alternativ befindet sich zwischen der Kollimationslinse und den Laserbarren lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Kleber. Im letztgenannten Fall liegt ein Abstand zwischen der Kollimationslinse und den Laserbarren bevorzugt bei höchstens 5 gm oder 2 gm.
Bevorzugt ist pro Laserbarren genau eine Kollimationslinse vorhanden. Die Kollimationslinse kann ähnlich einer
Halbzylinderlinse gestaltet sein. Es ist möglich, dass die Kollimationslinse einen Bereich unmittelbar an einer
Laserfacette, aus dem die Laserstrahlung emittiert wird, freilässt. Damit kann die Kollimationslinse gleichzeitig eine Verkapselung für den betreffenden Bereich der Facette bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt die Umlenkoptik dem zumindest einen zugeordneten Halbleiterlaser unmittelbar optisch nach. Das heißt, zwischen der Umlenkoptik und dem betreffenden Laserbarren befindet sich keine weitere optisch wirksame Komponente, insbesondere keine Kollimationslinse wie eine Fast Axis-Kollimationslinse . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Umlenkoptik oder ist eine der Umlenkoptiken oder sind alle Umlenkoptiken für eine Strahlkollimation eingerichtet, insbesondere in Fast Axis-Richtung. Das heißt, die Umlenkoptik kann für die betreffende Laserstrahlung strahlbündelnd wirken. Damit können von der Umlenkoptik parallele oder näherungsweise parallele Strahlbündel ausgehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger als Gehäuse gestaltet oder ist in einem Gehäuse integriert.
Beispielsweise kann der Träger eine Bodenplatte eines
Gehäuses darstellen oder einen Hohlraum definieren, in dem die Laserbarren angebracht sind. Weiterhin ist es möglich, dass der Träger eine Gehäusekomponente darstellt,
beispielsweise eine Montageplattform in einem Gehäuse wie einem TO-Gehäuse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen oder mehrere Lichtleiter.
Beispielsweise ist der mindestens eine Lichtleiter an dem Träger und/oder an dem Gehäuse angebracht. Die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung wird teilweise oder überwiegend oder vollständig in dem zugeordneten Lichtleiter eingekoppelt. Insbesondere handelt es sich bei dem Lichtleiter um eine Kombination aus einem hochbrechenden Kernmaterial und aus einem niedrigbrechenden Mantelmaterial, sodass der
Lichtleiter einen totalreflektierenden Kernbereich aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen oder mehrere Leuchtstoffe. Bei dem mindestens einen Leuchtstoff handelt es sich bevorzugt um einen anorganischen Leuchtstoff, beispielsweise um einen Granatleuchtstoff wie YAG: Ce. Der Leuchtstoff liegt bevorzugt in Form von Leuchtstoffpartikeln vor, beispielsweise mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 0,1 gm oder 0,5 gm und/oder von höchstens 50 pm oder 20 pm oder 10 pm. Der
Leuchtstoff ist für eine Wellenlängenkonversion eines Teils oder der gesamten im Betrieb erzeugten Laserstrahlung
eingerichtet. Insbesondere erfolgt die Wellenlängenkonversion hin in einen langwelligeren Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der
Leuchtstoff an und/oder in dem Lichtleiter. Bevorzugt ist der Leuchtstoff thermisch an einen Kühlkörper angebunden, sodass der Leuchtstoff effizient entwärmbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zumindest eine Laserbarren bonddrahtfrei kontaktiert. Beispielsweise ist der Laserbarren an dem Träger und/oder an einem Submount mittels Oberflächenmontagetechnologie, kurz SMT, befestigt. Durch eine bonddrahtfreie Montage des Laserbarrens lassen sich hohe Ströme bei kurzen Impulsdauern realisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine oder mehrere elektrische Zuleitungen. Die mindestens eine elektrische Zuleitung ist bevorzugt durch den Träger hindurch geführt. Die elektrische Zuleitung kann gleichzeitig eine thermische Anbindung des Laserbarrens an eine Kühleinheit gewährleisten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger und/oder das Gehäuse einen oder mehrere Kühlkanäle. Der mindestens eine Kühlkanal ist bevorzugt dazu eingerichtet, von einer Kühlflüssigkeit durchströmt zu werden.
Beispielsweise liegt eine Wärmetransportleistung, die mittels der Kühlkanäle und der Kühlflüssigkeit erreicht wird, bei mindestens 0,1 kW oder 0,5 kW oder 1 kW. Das heißt, es lassen sich mittels solcher Kühlkanäle hohe thermische
Verlustleistungen abführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterlaser eine mittlere optische Ausgangsleistung von mindestens 0,2 kW oder 0,4 kW oder 0,8 kW auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere optische Ausgangsleistung bei höchstens 20 kW oder 10 kW oder 5 kW. Damit emittiert der Halbleiterlaser hohe optische Ausgangsleistungen, die für ein Schweißen und/oder Schneiden etwa von Kupfer benötigt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die vom Halbleiterlaser emittierte Laserstrahlung kollimierbar, beispielsweise auf einem Leuchtfleck mit einem mittleren Durchmesser von
höchstens 1 mm oder 0,1 mm oder 0,02 mm.
Darüber hinaus wird ein Materialbearbeitungsverfahren
angegeben. Bei dem Materialbearbeitungsverfahren wird ein Halbleiterlaser verwendet, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterlasers sind daher auch für das
Materialbearbeitungsverfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform wird mittels des
Halbleiterlasers Kupfer oder eine Kupferlegierung geschnitten und/oder geschweißt. Dies erfolgt bevorzugt mittels blauer Laserstrahlung, beispielsweise mit einer mittleren optischen Leistung von mindestens 0,2 kW oder 0,4 kW oder 0,8 kW. Dabei werden zur Materialbearbeitung die Strahlbündel, die von den Einzellasern des Laserbarrens oder der Laserbarren emittiert werden, bevorzugt noch innerhalb des Halbleiterlasers mittels der Umlenkoptik miteinander kombiniert und beispielsweise mittels eines Lichtleiters zu dem zu bearbeitenden Material geführt und/oder mit Hilfe einer Optik auf das zu bearbeitende Material fokussiert.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebenes Materialbearbeitungsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers,
Figuren 5 bis 7 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern,
Figuren 8 bis 10 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figuren 11 bis 17 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern, Figur 18 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Materialbearbeitungs erfahrens ,
Figur 19 eine schematische Darstellung der
wellenlängenabhängigen Absorption von Kupfer und Gold, und
Figur 20 eine schematische Draufsicht auf einen Laserbarren für hier beschriebene Halbleiterlaser.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers 1 illustriert. Der Halbleiterlaser 1 umfasst einen Träger 4, beispielsweise eine Metallplatte, insbesondere aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Der Träger 4 bildet eine Basisfläche 40.
An der Basisfläche 40 sind ein Laserbarren 2 sowie eine
Umlenkoptik 3 angebracht. Die Umlenkoptik 3 ist
beispielsweise prismenförmig gestaltet und weist eine
Reflexionsfläche 30 auf, die dem Laserbarren 2 zugewandt ist. Die Reflexionsfläche 30 ist mit einer reflektierenden
Beschichtung, wie einem Bragg-Spiegel , versehen und/oder wirkt totalreflektierend für eine im Betrieb emittierte
Laserstrahlung L. Die Umlenkoptik 3 ist beispielsweise ein Prisma und im Querschnitt wie ein Dreieck geformt.
Die Laserstrahlung L wird vom Laserbarren 2 hin zur
Umlenkoptik 3 emittiert, wobei eine optische Achse des
Laserbarrens 2 näherungsweise parallel zur Basisfläche 40 orientiert ist. Die Laserstrahlung L wird von der Umlenkoptik 3 in eine Hauptabstrahlrichtung M umgeleitet. Die Hauptabstrahlrichtung M ist näherungsweise senkrecht zur Basisfläche 40 orientiert.
Der Laserbarren 2 umfasst mehrere Einzellaser, in Figur 1 nicht illustriert. Die Einzellaser sind bevorzugt in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 nebeneinander
angeordnet. Beispielsweise umfasst der Laserbarren 2
mindestens vier und/oder höchstens 100 Einzellaser.
Beispielsweise basiert der Laserbarren 2 auf dem
Materialsystem AlInGaN, sodass der Laserbarren 2 zur Emission von blauer Laserstrahlung L eingerichtet sein kann.
Optional befindet sich der Laserbarren 2 auf einem
Zwischenträger 8, auch als Submount bezeichnet. Es ist möglich, dass der Laserbarren 2 den Zwischenträger 8 in
Richtung hin zur Umlenkoptik 3 überragt oder bündig mit dem Zwischenträger 8 abschließt.
Der Zwischenträger 8 ist zum Beispiel lediglich als
Wärmesenke oder als wärmeabführende Komponente hin zum Träger 4 gestaltet. Alternativ ist es möglich, dass der
Zwischenträger 8 weitergehend elektrisch funktionalisiert ist und beispielsweise Leiterbahnen oder weitere
Ansteuerkomponenten für den Halbleiterlaser 1 wie
Kondensatoren und/oder Transistoren aufweist.
Durch den Zwischenträger 8 ist insbesondere erreichbar, dass der Laserbarren 2 einen ausreichenden Abstand zur Basisfläche 40 aufweist. Insbesondere entlang einer Fast Axis-Richtung, in Figur 1 parallel zur Hauptabstrahlrichtung M, wird die Laserstrahlung L aus dem Laserbarren 2 mit einer relativ großen Divergenz emittiert. Ein Divergenzwinkel, innerhalb dessen 90 % oder 95 % der Laserstrahlung L emittiert werden, liegt zum Beispiel bei mindestens 45° oder 70° und/oder bei höchstens 100° oder 80°. Damit ist eine Dicke des
Zwischenträgers 8 ungefähr so groß wie ein Abstand zwischen dem Laserbarren 2 und der Umlenkoptik 3. Dieser Abstand beträgt zum Beispiel ungefähr 0,5 mm oder ungefähr 1 mm.
Eine elektrische Anbindung des Laserbarrens 2 erfolgt beispielsweise über Bonddrähte 46 und über elektrische
Zuleitungen 45, in den Figuren jeweils nur stark vereinfacht gezeichnet. Beispielsweise kontaktiert zumindest ein
Bonddraht 46 den Zwischenträger 8 und zumindest ein weiterer Bonddraht 46 eine dem Träger 4 abgewandte Seite des
Laserbarrens. Bevorzugt sind jeweils mehrere Bonddrähte 46 vorhanden. Hiervon abweichende elektrische Kontaktschemata sind ebenso möglich.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist illustriert, dass beiderseits der Umlenkoptik 3 die Laserbarren 2 angebracht sind, wiederum optional jeweils auf einem Zwischenträger 8. Die Umlenkoptik 3 umfasst somit zwei Reflexionsflächen 30. Die Laserbarren 2 sind bevorzugt symmetrisch zu einer
Mittellinie der Umlenkoptik 3 angeordnet. Die Umlenkoptik 3 ist im Querschnitt gesehen als gleichschenkliges Dreieck geformt .
Im Übrigen gelten die Ausführungen zur Figur 1 entsprechend für Figur 2, wie dies auch für alle anderen
Ausführungsbeispiele möglich ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist illustriert, dass mehrere Laserbarren 2 und mehrere Umlenkoptiken 3 entlang einer bevorzugt geraden Linie aufeinanderfolgend angeordnet sind. Das heißt, es kann eine lineare, eindimensionale
Anordnung vorliegen.
Optional ist jeder der Umlenkoptiken 3 oder allen
Umlenkoptiken 3 zusammengenommen eine optische Komponente nachgeordnet. Beispielsweise folgt jeder Umlenkoptik 3 eine Zylinderlinse 51 nach. Die Zylinderlinsen 51 können für eine Fast Axis-Kollimation herangezogen werden. Solche Linsen 51 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Derartige Zylinderlinsen 51 können mit weiteren
optischen Komponenten, nicht gezeichnet, kombiniert werden.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 liegt eine
zweidimensionale Anordnung der Laserbarren 2 vor, und nicht nur eine eindimensionale Anordnung, wie in Figur 3
gezeichnet. Entlang einer Längsrichtung der Umlenkoptiken 3 sind somit jeweils mehrere der Laserbarren 2 angeordnet.
Beispielsweise sind pro Umlenkoptik 3 2 x 2 der Laserbarren 2 vorhanden. Anstelle von zusammenhängenden Umlenkoptiken 3 kann pro Paar an Laserbarren 2 auch jeweils eine eigene
Umlenkoptik 3 vorliegen. Zylinderlinsen, in Figur 4 nicht gezeichnet, können in Figur 4 genauso vorhanden sein wie in Figur 3.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist illustriert, dass die elektrischen Zuleitungen 45 durch den Träger 4
hindurchgeführt sind und elektrische Durchkontaktierungen 44 darstellen. Der Zwischenträger 8 ist auf einer dieser
Durchkontaktierungen 44 angebracht und dient zur Bestromung des Laserbarrens 2. Beispielsweise ist der Zwischenträger 8 ein massiver Metallblock. Eine weitere Durchkontaktierung 44 ist über zumindest einen Bonddraht 46 mit dem Laserbarren 2 verbunden. Je nach
elektrischer Verschaltung können mehr als zwei
Durchkontaktierungen 44 in dem Träger 4 angebracht sein. Die Durchkontaktierungen 44 sind bevorzugt aus einem elektrisch leitenden und thermisch leitfähigen Material wie Kupfer.
Elektrische Isolierungen zwischen einem Material der
Durchkontaktierungen 44 und einem verbleibenden Material des beispielsweise metallischen Trägers 4 sind nicht gezeichnet.
Optional befindet sich bevorzugt direkt an dem Laserbarren 2 eine Fast Axis-Kollimationslinse 50. Die Kollimationslinse 50 erstreckt sich bevorzugt mit gleichbleibender Gestalt entlang des gesamten Laserbarrens 2, also in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Figur 5.
Die Kollimationslinse 50 kann alternativ oder zusätzlich auch in Kontakt mit der Umlenkoptik 3 stehen oder direkt an der Umlenkoptik 3 angebracht sein. Weiterhin kann die
Kollimationslinse 50 sowohl vom Laserbarren 2 als auch von der Umlenkoptik 3 beabstandet angeordnet sein.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist eine Anordnung der Laserbarren 2 gegeben, wie in Verbindung mit Figur 2
illustriert. Eine elektrische Kontaktierung erfolgt analog zur Figur 5. Eine derartige elektrische Kontaktierung kann auch in den übrigen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Die Umlenkoptik 3 ist im Querschnitt gesehen als
symmetrisches Trapez gestaltet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist gezeigt, dass die Laserbarren 2 auf elektrischen Kontaktflächen 7 angebracht sind. Dabei erfolgt die Kontaktierung bevorzugt bonddrahtfrei . Bei den Laserbarren 2 handelt es sich somit um SMT-Bauteile . Optional können zusätzlich Zwischenträger vorhanden sein, nicht gezeichnet. Auch in allen
Ausführungsbeispielen können die Laserbarren 2 als SMT- Bauteile gestaltet sein.
Weiterhin ist in Figur 7 illustriert, dass der Träger 4 eine Kühlvorrichtung aufweisen kann. Die Kühlvorrichtung ist beispielsweise durch Kühlkanäle 42 gebildet, die im Betrieb von einer Kühlflüssigkeit 43 durchströmt werden. Damit lässt sich eine thermische Abwärme auch im Kilowatt-Bereich
effizient vom Halbleiterlaser 1 abführen.
In Figur 8 ist schematisch illustriert, dass der
Halbleiterlaser 1 als TO-220-Gehäuse gestaltet sein kann, innerhalb von dem der Laserbarren 2 und die Umlenkoptik 3 angebracht sind. Die elektrischen Zuleitungen 45 sind
beispielsweise als Pins gestaltet, die in oder durch eine externe Leiterplatte, nicht gezeichnet, hindurch gesteckt werden können. Eine elektrische Anbindung des Laserbarrens 2 sowie des optionalen Zwischenträgers 8 erfolgt beispielsweise über die Bonddrähte 46.
In Figur 8 folgt die Umlenkoptik 3 dem Laserbarren 2 optisch unmittelbar nach. Demgegenüber ist in Figur 9 die
Kollimationslinse 50 vorhanden. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 9 dem Ausführungsbeispiel der Figur 8. Alternativ zu direkt an dem Laserbarren 2
angebrachten Fast Axis-Kollimationslinsen können
Kollimationslinsen 50 auch beabstandet vom zugeordneten
Halbleiterlaserbarren 2 angebracht sein, wie in Figur 9 illustriert. Dies ist genauso in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich. Gemäß Figur 10 ist die Umlenkoptik 3 als Pyramide gestaltet. Damit können vier verschiedene Laserbarren 2 an den vier Seiten der Umlenkoptik 3 angebracht sein.
Um einen hohen Anteil der emittierten Laserstrahlung L an der Umlenkoptik 3 zu reflektieren, ist eine Länge der Laserbarren 2 bevorzugt kleiner als eine Basislänge der Umlenkoptik 3.
Mit einer solchen Umlenkoptik 3 kann eine relativ große
Fläche ausgeleuchtet werden. Damit kann ein solcher
Halbleiterlaser 1 beispielsweise zur Ausleuchtung eines Leuchtstoffs, nicht gezeichnet, dienen. Optional können Fast Axis-Kollimationslinsen vorhanden sein.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 11 ist zu sehen, dass die Zwischenträger 8 treppenförmig in mehreren Stufen 41 an der Basisfläche 40 angebracht sind. In Richtung weg von der
Basisfläche 40 und damit entlang der Hauptabstrahlrichtung M laufen die Treppen weg von der Umlenkoptik 3, die sich in Richtung weg von der Basisfläche 40 verschmälert.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 12 entspricht dem der Figur 11, wobei jedoch zusätzlich die Kollimationslinsen 50 vorhanden sind.
Bei den Anordnungen der Figuren 11 und 12 vergrößert sich ein Abstand zwischen den Laserbarren 2 und der Umlenkoptik 3 entlang der Hauptabstrahlrichtung M. Dies ist in Figur 13 dadurch kompensiert, dass die Stufen den gleichen Verlauf oder einen ähnlichen Verlauf zu den Reflexionsflächen 30 der Umlenkoptik 3 aufweisen. Damit lässt sich stufenübergreifend ein näherungsweise gleichbleibender Abstand der Laserbarren 2 zu den Reflexionsflächen 30 erzielen. Optional weist der Träger 4 ein Fenster 48 auf, an dem die Umlenkoptik 3 angebracht sein kann und/oder durch das hindurch die Laserstrahlung L den Halbleiterlaser 1 verlassen kann. Eine entsprechende Stufenanordnung kann auch in den übrigen Ausführungsbeispielen mit Treppen in gleicher Weise vorliegen .
Im Ausführungsbeispiel der Figur 14 ist illustriert, dass der Träger 4 mit den Stufen 41 und den optionalen
Kollimationslinsen 50 ein Gehäuse bildet, in dem sich auch die Umlenkoptik 3 befindet. Optional ist das Fenster 48 als Optik 52 gestaltet, beispielsweise als Sammellinse. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen sind damit die
Umlenkoptik 3 sowie der Laserbarren 2 bevorzugt hermetisch gehaust .
Optional befindet sich an dem Fenster 48 ein Lichtleiter 6, in dem die Teilstrahlung der Laserstrahlung L der einzelnen Laserbarren 2 miteinander kombiniert und vermischt werden können und zu einem gewünschten Ort transportiert werden können, ohne dass signifikante Freistrahlstrecken
erforderlich sind.
Insbesondere bei Anordnungen der Laserbarren 2, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, können auch mehrere Lichtleiter vorhanden sein.
In Figur 15 ist veranschaulicht, dass die Umlenkoptik 3, bevorzugt alternativ zu den in Figur 15 dennoch
veranschaulichten Kollimationslinsen 50, optisch wirksame Facetten aufweist. Beispielsweise sind einzelne Bereiche für die einzelnen Laserbarren 2 als Hohlspiegel zur Kollimation und gezielten Lenkung der Laserstrahlung L in bestimmte
Raumwinkelbereiche gestaltet. Im Querschnitt gesehen ist die Umlenkoptik 3 immer noch näherungsweise dreieckig geformt.
Krümmungen der einzelnen Facettenbereiche können an den
Abstand des zugeordneten Laserbarrens 2 angepasst sein, sodass speziell eine Fast Axis-Aufweitung für die Laserbarren 2 verschiedener Ebenen gleichmäßig kompensierbar ist.
Entsprechendes gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele. Über solche Facetten der Umlenkoptik 3 lässt sich eine effiziente Einkopplung in den Lichtleiter 6 realisieren.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 16 ist illustriert, dass an einem Ende des Lichtleiters 6 ein Leuchtstoff 7 angebracht sein kann. Um den Leuchtstoff 7 herum ist für eine effiziente Kühlung bevorzugt ein Kühlkörper 9 angebracht, insbesondere aus einem thermisch gut leitfähigen Material wie
Siliziumcarbid, Saphir, Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, DLC (Diamond like carbon) . Bevorzugt ist an dem Leuchtstoff 7 an einer der Umlenkoptik 3 optisch zugewandten Seite eine optisch wirksame Beschichtung vorhanden. Eine solche
Beschichtung ist für die konvertierte Strahlung bevorzugt hochreflektierend und/oder weist eine hohe
Transmissionsfähigkeit für die Laserstrahlung L auf.
Hierdurch sind eine effiziente Abstrahlung in eine bestimmte Richtung und eine effiziente Konversion der Laserstrahlung L möglich .
Im Ausführungsbeispiel der Figur 17 ist illustriert, dass der Leuchtstoff 7 an einer Innenwand des Lichtleiters 6
angebracht ist. Bevorzugt befindet sich außen um die Schicht mit dem Leuchtstoff 7 herum ein Kühlkörper, nicht gezeichnet. Alternativ kann der Leuchtstoff 7 auch in dem Lichtleiter 6 eingebettet sein, beispielsweise mit einem
Konzentrationsgradienten, um einer abnehmender
Laserintensität entlang des Lichtleiters 6 entgegenzuwirken. Damit ist es möglich, einen Lichtleiter 6 zu realisieren, der entlang seiner Mantelfläche gleichmäßig Licht emittiert.
Mittels des Leuchtstoffs L kann beispielsweise aus blauer Laserstrahlung L inkohärentes weißes Licht oder farbiges Licht erzeugt werden.
In Figur 18 ist schematisch ein Materialbearbeitungsverfahren gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 emittiert die Laserstrahlung L, bevorzugt blaues Licht. Ein Werkstück 10 wird entlang einer Schnittlinie C zerteilt. Aufgrund der hohen
Laserleistung des Halbleiterlasers 1 sind hohe
Schnittgeschwindigkeiten erzielbar. Alternativ zu einem
Schneiden kann ein Schweißen durchgeführt werden.
Alternativ zu einer Materialbearbeitung können hier
beschriebene Halbleiterlaser 1, insbesondere bei einer
Emission im nahinfraroten Spektralbereich, auch für
Anwendungen wie Abstandsbestimmung und/oder Lidar verwendet werden .
In Figur 19 ist ein Verlauf einer Absorption A in Prozent gegenüber einer Wellenlänge W in nm illustriert. Es ist zu erkennen, dass die Absorption im blauen Spektralbereich um 450 nm für Kupfer und Gold erheblich größer ist als im nahinfraroten Spektralbereich bei einer typischen
Bearbeitungswellenlänge von 1064 nm. Somit lassen sich
Materialien wie Kupfer oder Gold mit blauem Licht erheblich effizienter und insbesondere spritzerfrei bearbeiten als mit infraroter Strahlung. In Figur 20 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Laserbarrens 2 gezeigt, der mehrere der Einzellaser 22 aufweist. Beispielhaft sind lediglich vier der Einzellaser 22 gezeigt, bevorzugt umfasst der Laserbarren 2 erheblich mehr als vier Einzellaser 22, zum Beispiel mindestens zehn
Einzellaser 22.
Die Einzellaser 22 sind beispielsweise als Stegwellenleiter, auch als ridges bezeichnet, aus einer
Halbleiterschichtenfolge 20 heraus strukturiert. Ein
Füllfaktor einer lasererzeugenden Fläche, bezogen auf eine Gesamtfläche der Halbleiterschichtenfolge 20, ist in
Draufsicht gesehen relativ gering und liegt bei ungefähr 10 %. Die Halbleiterschichtenfolge 20 basiert auf InGaN. Eine Emission der Laserstrahlung L erfolgt parallel zu den
jeweiligen Stegwellenleitern in Richtung senkrecht zu einer Facette und senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge 20.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben .
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlaser
2 Laserbarren
20 Halbleiterschichtenfolge
22 Einzellaser
3 Umlenkoptik
30 Reflexionsfläche
4 Träger
40 Basisfläche
41 Stufe
42 Kühlkanal
43 Kühlflüssigkeit
44 elektrische Durchkontaktierung
45 elektrische Zuleitung
46 Bonddraht
47 elektrische Kontaktfläche
48 Fenster
50 Fast Axis-Kollimationslinse
51 Zylinderlinse
52 Optik
6 Lichtleiter
7 Leuchtstoff
8 Zwischenträger
9 Kühlkörper
10 Werkstück
A Absorption in %
C Schnittlinie
L Laserstrahlung
M Hauptabstrahlrichtung
W Wellenlänge in nm

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (1) mit
- einem Träger (4),
- mindestens einem Laserbarren (2), der zumindest drei
Einzellaser (22) umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind, und
- einer Umlenkoptik (3), die den Einzellasern (22) des
Laserbarrens (2) gemeinsam nachgeordnet ist,
wobei der mindestens eine Laserbarren (2) und die Umlenkoptik (3) auf dem Träger (4) montiert sind und einen Abstand zueinander von höchstens 4 mm aufweisen.
2. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der mindestens eine Laserbarren (2) eine
Halbleiterschichtenfolge (20) umfasst, wobei ein Füllfaktor zwischen einschließlich 5 % und 20 % liegt und der Füllfaktor ein Quotient aus einer laseraktiven Fläche und einer
Gesamtfläche der Halbleiterschichtenfolge (20) ist,
wobei die Laserbarren (2) jeweils zur Erzeugung von blauer Laserstrahlung (L) mit einer Wellenlänge maximaler Intensität zwischen einschließlich 390 nm und 475 nm eingerichtet sind und auf dem Materialsystem AlInGaN basieren.
3. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
umfassend mehrere der Laserbarren (2),
wobei die Umlenkoptik (3) allen Einzellasern (22) aller
Laserbarren (2) gemeinsam nachgeordnet ist.
4. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich die Laserbarren (2) zumindest an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Umlenkoptik (3) befinden, wobei die Laserbarren (2) symmetrisch zur Umlenkoptik (3) angeordnet sind.
5. Halbleiterlaser (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Träger (4) zumindest eine Stufe (41) umfasst, wobei die Laserbarren (2) in mehreren Ebenen parallel zu einer Basisfläche (40) des Trägers (4) an der zumindest einen Stufe (41) angeordnet sind, sodass die Laserbarren (2) verschiedener Ebenen unterschiedliche Abstände zur
Umlenkoptik (3) aufweisen.
6. Halbleiterlaser (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Laserbarren (2) in mehreren Ebenen an dem Träger (4) und an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Umlenkoptik (3) befinden,
wobei sich ein Abstand zwischen Laserbarren (2) innerhalb einer bestimmten Ebene, die sich beiderseits der zugeordneten Umlenkoptik (3) befinden, von Ebene zu Ebene entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) der Umlenkoptik (3) verringert.
7. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 4,
umfassend mehrere Umlenkoptiken (3),
wobei die Umlenkoptiken (3) und die Laserbarren (2) entlang zumindest einer geraden Linie auf einer Basisfläche (40) des Trägers (4) angeordnet sind, sodass die zumindest eine gerade Linie einmal oder mehrfach die folgende Sequenz umfasst:
Laserbarren (2) - Umlenkoptik (3) - Laserbarren (2) - Laserbarren (2) - Umlenkoptik (3) - Laserbarren (2) .
8. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Umlenkoptiken (3) und die Laserbarren (2) entlang mehrerer gerader Linien auf der Basisfläche (40) angeordnet sind,
wobei den Umlenkoptiken (3) mehrere Zylinderlinsen (51) nachgeordnet sind.
9. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die mindestens eine Umlenkoptik (3) im Querschnitt gesehen eine dreieckige Grundform aufweist oder als
symmetrisches Trapez geformt ist, sodass die Umlenkoptik (3) insgesamt ein Prisma, eine Pyramide oder ein Pyramidenstumpf ist .
10. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
ferner umfassend mindestens eine Fast Axis-Kollimationslinse (50), die dem zumindest einen Laserbarren (2) optisch unmittelbar nachgeordnet ist, sodass sich die
Kollimationslinse (50) zwischen dem zugehörigen Laserbarren (2) und der zugeordneten Umlenkoptik (3) befindet.
11. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die mindestens eine Kollimationslinse (50)
unmittelbar an dem zugehörigen Laserbarren (2) angebracht ist .
12. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die wenigstens eine Umlenkoptik (3) dem zumindest einen zugeordneten Laserbarren (2) optisch unmittelbar nachfolgt,
wobei die wenigstens eine Umlenkoptik (3) für eine
Strahlkollimation eingerichtet ist.
13. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Träger (4) als Gehäuse gestaltet ist oder in einem Gehäuse integriert ist,
wobei an dem Gehäuse zumindest ein Lichtleiter (6) angebracht ist, in den die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung (L) eingekoppelt wird.
14. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend zumindest einen Leuchtstoff (7),
wobei der Leuchtstoff (7) für eine Wellenlängenkonversion wenigstens eines Teils der im Betrieb erzeugten
Laserstrahlung (L) eingerichtet ist, und
wobei sich der Leuchtstoff (7) an und/oder in dem Lichtleiter (6) befindet.
15. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem der zumindest eine Laserbarren (2) bonddrahtfrei elektrisch kontaktiert ist,
wobei zumindest eine elektrische Zuleitung (45) durch den Träger (4) hindurch geführt ist.
16. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem der Träger (4) mehrere Kühlkanäle (42) umfasst, die dazu eingerichtet sind, von einer Kühlflüssigkeit (43) durchströmt zu werden.
17. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
der für eine optische Ausgangsleistung von mindestens 0,4 kW eingerichtet ist.
18. Materialbearbeitungsverfahren mit einem Halbleiterlaser (1) nach zumindest Anspruch 2, wobei Kupfer oder eine Kupferlegierung mittels der im Betrieb erzeugten blauen Laserstrahlung (L) geschnitten und/oder geschweißt wird.
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